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Aus Stammzellen : Ein menschliches Erbsenhirn

Querschnitt des Hirn-Organoids mit einem Ausschnitt der gewölbten Großhirnrinde (rechts) und dem darin verborgenen Ventrikel-Hohlraum. Bild: dpa

In einem Bioreaktor haben österreichische Forscher aus Stammzellen erstmals ein winziges menschliches Gehirn geschaffen. Eine spektakuläre Schöpfung mit kleinen Haken.

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          Leberknospen, Augenbecher, Darmgewebe und Netzhäute mit Sehzellen. Die Stammzellforschung hat schon einiges zustande gebracht, aber nichts, was in seiner Komplexität mit der Schöpfung zu vergleichen ist, über die österreichische Forscher jetzt in der international hoch angesehen  Zeitschrift „Nature“ berichten: Embryonale Gehirne, nur vier Millimeter groß, aber immerhin mit Anteilen des Großhirns, des Hippocampus, der Hirnhäute, Ventrikel und Netzhautgewebe.

          Joachim Müller-Jung

          Redakteur im Feuilleton, zuständig für das Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Die „zerebralen Organoide“ wurden zum einen aus embryonalen Stammzellen hergestellt, die man aus den Vereinigten Staaten importiert hat, sowie aus embryonalähnlichen Stammzellen, sogenannten induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS), die mit Hilfe von reprogrammierten Hautzellen eines Patienten mit einem angeborenen Hirndefekt - Mikroensephalie - erzeugt worden waren. In einem speziellen Zellkulturverfahren wurden die Stammzellen zuerst biochemisch zur Reifung gebracht und anschließend in einem speziellen Bioreaktor mit Nährlösung kultiviert. Das Ergebnis: Die Stammzellen verwandelten sich und reiften, sie vermehrten sich, sie bildeten nach drei Wochen menschliche Hinrnvorläuferzellen und am Ende einen dreidimensionalen Gewebeverband, der durchaus an den Aufbau eines embryonalen Gehirns erinnert. Einige Zellen wie die aus der Großhirnrinde, zeigten auch elektrophysiologische Aktivität.

          Tatsächlich aber ist die Architektur des „Minihirns“ noch keineswegs perfekt: Nicht nur, dass einige Hirnsegmente fehlen, viele liegen auch nicht in der richtigen Anordnung vor. „Die Rekonstruktion ist viel besser als mit allen bisherigen In-vitro-Verfahren. Doch wir haben den sechslagigen Schichtaufbau der Großhirnrinde noch nicht in dem selben Maße  rekonstruiert wie in der Natur“, schreiben Madeline Lancaster und Jürgen Knoblich vom Wiener Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) in „Nature“.

          Bis zu zehn Monate haben die Wiener Stammzellforscher ihre selbst organisierenden Hirnkonstrukte im Bioreaktor „ernährt“. Größer als erbsengroß sind diese allerdings nicht geworden. Sie verharrten in einer Größe, die einem neun Wochen alten Embryo entspricht. Der Grund für das stagnierende Wachstum ist wohl hauptsächlich, dass  den Zellen in tieferen Schichten buchstäblich die Luft ausgeht. Soll das Organoid größer und die Gehirnentwicklung weiter getrieben werden, müssen es die Forscher schaffen, nicht nur Nervengewebe, sondern auch Blutgefäße mitwachsen zu lassen. Erstautorin Lancaster bleibt aber dabei: „Wir haben die Übereinstimmung zwischen Kultur und tatsächlicher Gehirnentwicklung entscheidend verbessert.“

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